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串联电路与并联电路入门指南

ProcessOn-菠菜 21小时前
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首页 知识社区 串联电路与并联电路入门指南

串联与并联电路图是电子设计的基础,也是理解复杂系统(如电力网络、神经网络)的简化模型。通过掌握其核心特性与绘制方法,工程师可以高效实现从概念验证到产品落地的全流程。本文将带你入门了解串联电路与并联电路。

一、什么是串联电路?

1. 定义

电流从电源正极出发,依次流经每个元件(如电阻、灯泡、电机等),最终回到电源负极,形成单一闭合回路的电路结构。电流仅有一条流通路径,元件之间呈"串联"关系。

2. 核心特性

电流守恒:通过每个元件的电流相等(I=I1=I2=...=In)。

电压叠加:总电压等于各元件分压之和(U=U1+U2+...+Un)。

故障连锁:任一元件断路将导致整个电路失效。

串联电路图

3. 串联电路的局限性

电压分配不均风险:若元件电阻差异大,可能导致部分元件过压(如串联不同功率灯泡时,小功率灯泡易烧毁)。

故障敏感性:单个元件故障会引发整体瘫痪,缺乏冗余设计。

功率限制:总功率受限于最小额定元件(P=I2⋅R),需谨慎选择元件参数。

4. 应用场景

高电压需求

电池组串联:手电筒使用2节1.5V干电池串联,获得3V总电压。

电动车动力:锂电池组通过串联提升电压(如48V电动车由16节3V电池串联构成)。

电流限制与保护

LED驱动电路:串联电阻将电流限制在安全范围(如20mA),避免LED过载损坏。

分压采样:在电压监测电路中,串联电阻将高电压转换为ADC可读取的低电压信号。

特殊功能实现

延时电路:串联大容量电容与电阻,利用充电时间常数(τ=RC)实现延时效果。

温度传感:热敏电阻(NTC)串联在电路中,通过电压变化反映温度变化。

二、什么是并联电路?

1. 定义

将多个元件首端共接、尾端共接,形成多条独立支路的电路结构。电流可分流通过不同路径,元件之间呈"并联"关系。

2. 核心特性

电压恒定:各支路两端电压相等(U=U1=U2=...=Un)。

电流分流:总电流等于各支路电流之和(I=I1+I2+...+In)。

独立工作:任一支路断路不影响其他支路(如家庭照明系统中灯泡互不干扰)。

并联电路图

3. 并联电路的局限性

电阻匹配风险:若支路电阻差异过大,可能导致部分支路电流过大(如并联不同功率灯泡时,大功率灯泡可能过载)。

布线复杂度:元件数量增加时,导线连接点增多,可能引发接触不良或短路问题。

功率分配不均:总功率受限于电源容量(P=U⋅I),需确保电源能提供足够电流。

4. 应用场景

家庭用电系统

并联设计:所有电器(如冰箱、空调、电视)并联在220V电源上,可独立开关且电压稳定。

优势:避免串联中一个电器故障导致全家停电的问题。

电源冗余设计

电池并联:多节相同电池并联可增加总容量(续航时间),同时保持电压不变(如2节3.7V锂电池并联,输出仍为3.7V,但容量翻倍)。

应用:无人机电池组、移动电源。

电流扩展与分流

大电流负载:通过并联多个小功率电阻,分担大电流(如功率放大器中的分流电阻)。

电流采样:在并联支路中串联小电阻,通过测量电压降间接获取总电流(如电机驱动电路)。

三、如何绘制一个串联/并联电路图?

1. ProcessOn是专业的图表工具,支持在线创建电路图。首先进入ProcessOn文件页,创建一个电路图。

创建电路图→

2. 将电路图电源、开关,电子元件等组件拖拽到画布中间,拖动电路元件中线按照电路图的运行流程,将各元器件连接起来。

3. 电路图绘制完成后,检查电子元件符号及连接顺序是否准确。

四、电路图模板

ProcessOn模板社区内包含丰富的电路图模板可供参考,同时支持复制使用,提高绘图效率。

汽车电气设备电路图

典型电路图案例

通用电子电路图模板

三组绕组变压器电路图

串联电路通过其简单的结构与明确的物理规律,在需要分压、限流或高电压的场景中发挥关键作用。并联电路通过其电压稳定、故障独立、电流可扩展的特性,也成为现代电子系统中不可或缺的基础结构。实际电路中,串联与并联常结合使用,我们只有理解其原理与设计要点,才能更好地分析复杂电路。

创建电路图→

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